JP2022082182A - 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。また、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の窒化物半導体発光素子の寸法比と一致するものではない。
図1は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子1の構成の一例を概略的に示した断面図である。窒化物半導体発光素子1(以下、単に「発光素子1」とも呼称)には、例えば、レーザダイオードや発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)が含まれる。本実施形態では、発光素子1として、中心波長が290nm~365nm(好ましくは、300nm~330nm)の紫外光を発する発光ダイオード(LED)を例に挙げて説明する。
ここで図2を参照して、発光素子1の製造に用いる発光素子1の製造装置101について説明する。本製造装置101は、縦型の有機金属気相成長装置(MOCVD装置)であり、AlGaN系の窒化物半導体を成長させて、発光素子1を製造するものである。
次に図3を参照して、発光素子1の製造工程(製造方法)について説明する。図3に示すように、発光素子1の製造工程では、堆積物調整工程S1~S3と、ウエハセット工程S4と、バッファ層成長工程S5と、n型クラッド層成長工程S6(n型半導体層成長工程)と、活性層成長工程S7~S8と、電子ブロック層成長工程S9と、p型半導体層成長工程S10~S11と、領域除去工程S12と、n側電極形成工程S13と、p側電極形成工程S14と、ダイシング工程S15と、を順に実行する。なお、各成長工程における各層の成長は、有機金属化学気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)によって行われる。また、原料ガスを構成するトリメチルアルミニウム(TMA)やトリメチルガリウム(TMG)等の組成等が調整され、各層のAl組成比が目的とする値になるように制御が行われる。
次に上記実施形態の具体例である各実施例(第1実施例~第9実施例)について説明する。各実施例の構成は、特筆しない部分については、上記実施形態を準拠するものとする。
上記各実施例に比較例(第1比較例及び第2比較例)を加えて、発光出力の測定を行ったところ、図4の表に示す結果が得られた。また、図4の表から、図5乃至図9のグラフが得られた。図4における発光波長は、発光出力を計測した波長である。また、発光出力は、種々の公知の方法で測定することが可能であるが、本測定では、一例として、ウエハWの中心部とエッジ部にそれぞれIn電極を付けて電流を流し、光検出器により測定した。
以上、上記実施形態によれば、バッファ層20の(102)面半値幅を369.4arcsec以上492.5arcsec以下にしたことで、単一量子井戸構造50Aを採用した発光素子1において、発光素子1の高い発光出力が得られ、発光効率の向上が図られることになる。また、n型クラッド層30の(102)面半値幅を662.1arcsec以下にしたことで、単一量子井戸構造50Aを採用した発光素子1において、高い発光出力が得られ、発光効率の向上が図られることになる。なお、本発明は、バッファ層20の結晶品質が、n型クラッド層30の結晶品質に影響し、n型クラッド層30の結晶品質が、発光素子1の発光出力に影響する知見を得て、想起されたものである。
なお、上記実施形態では、n型クラッド層30の(102)面半値幅が、662.1arcsec以下(好ましくは528.1arcsec以下)である構成であったが、n型クラッド層30の(102)面半値幅が、500arcsec以上662.1arcsec以下(好ましくは500arcsec以上528.1arcsec以下)である構成であっても良い。すなわち、n型クラッド層30の(102)面半値幅が、500arcsec以上662.1arcsec以下(好ましくは500arcsec以上528.1arcsec以下)である発光素子1において、活性層50の量子井戸構造として、単一量子井戸構造50Aを採用する構成であっても良い。かかる構成によれば、n型クラッド層30の(102)面半値幅が、500arcsec以上であっても、高い発光出力を得ることができる。すなわち、図10は、n型クラッド層30の(102)面半値幅が異なる複数の多重量子井戸型の発光素子の発光出力を測定した測定結果における、n型クラッド層30の(102)面半値幅と発光出力との関係を示したグラフである。高い発光出力を得ることができるとして一般的に利用されている多重量子井戸型の発光素子では、同図に示すように、n型クラッド層30の(102)面半値幅が500arcsec以上であると発光出力が低下してしまうところ、単一量子井戸型の発光素子1を採用したことで、図5に示すように、n型クラッド層30の(102)面半値幅が、500arcsec以上であっても、高い発光出力を得ることができ、発光素子1の発光効率を向上させることができる。なお、本発明は、一般的に用いられている多重量子井戸型の発光素子では、n型クラッド層30の(102)面半値幅が、500arcsec以上であると発光出力が低下するのに対し、単一量子井戸型の発光素子1では、図5に示すように、n型クラッド層30の(102)面半値幅が、500arcsec以上であっても発光出力が低下しないことを発見し、これを採用したものである。
次に、以上説明した実施形態から把握される技術思想について、実施形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
[2]前記バッファ層(20)は、(102)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が、378.2arcsec以上492.5arcsec以下であることを特徴とする[1]に記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[3]前記バッファ層(20)は、(102)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が、420.4arcsec以上492.5arcsec以下であることを特徴とする[2]に記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[4]前記n型半導体層は、(102)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が、662.1arcsec以下であることを特徴とする[1]乃至[3]のいずれか1つに記載の窒化物半導体発光素子(1)。
[5]基板(10)上に、バッファ層(20)を成長させるバッファ層成長工程(S5)と、前記バッファ層上に、n型半導体層を成長させるn型半導体層成長工程(S6)と、前記n型半導体層(30)上に、単一量子井戸構造(50A)を有する活性層(50)を成長させる活性層成長工程(S7~S8)と、を有し、前記バッファ層成長工程(S5)では、前記バッファ層(20)における(102)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が、369.4arcsec以上492.5arcsec以下になるように、前記バッファ層(20)を成長させることを特徴とする窒化物半導体発光素子(1)の製造方法。
Claims (5)
- 基板と、
前記基板上に形成させたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成させたn型半導体層と、
前記n型半導体層上に形成された、単一量子井戸構造を有する活性層と、を備え、
前記バッファ層における(102)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が、369.4arcsec以上492.5arcsec以下であることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 前記バッファ層における(102)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が、378.2arcsec以上492.5arcsec以下であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記バッファ層における(102)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が、420.4arcsec以上492.5arcsec以下であることを特徴とする請求項2に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記n型半導体層における(102)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が、662.1arcsec以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。
- 基板上に、バッファ層を成長させるバッファ層成長工程と、
前記バッファ層上に、n型半導体層を成長させるn型半導体層成長工程と、
前記n型半導体層上に、単一量子井戸構造を有する活性層を成長させる活性層成長工程と、を有し、
前記バッファ層成長工程では、前記バッファ層における(102)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が、369.4arcsec以上492.5arcsec以下になるように、前記バッファ層を成長させることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
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